常用金屬材料的焊接課件

1、金屬工藝學(xué) 多媒體課件 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)金屬工藝學(xué)課程組第1頁，共22頁。3.3.1 金屬材料的焊接性3.3.2 碳鋼的焊接3.3.3 合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接3.3.4 鑄鐵的補(bǔ)焊3.3 常用金屬材料的焊接3.3.5 有色金屬的焊接3.3.6 焊接缺陷與檢驗(yàn)主要內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容： 能夠根據(jù)材料的特性正確選擇焊接方法。對可焊性差的材料在焊接時(shí)應(yīng)采取哪些措施。 第2頁，共22頁。3.3.1 金屬材料的焊接性3.3.1.1金屬焊接性的概念 金屬材料的焊接性，是指被焊金屬在采用一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度，即金屬材料在一定的焊接工藝條件下，表現(xiàn)出“好焊”和“不好焊

2、”的差別。3.3.1.2金屬焊接性的評定碳當(dāng)量法：碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的碳當(dāng)量經(jīng)驗(yàn)公式為：第3頁，共22頁。 C當(dāng)量0.4%時(shí)，鋼材塑性良好，淬硬傾向不明顯，可焊性良好。在一般的焊接工藝條件下，焊件不會產(chǎn)生裂縫，但對厚大工件或低溫下焊接時(shí)應(yīng)考慮預(yù)熱。 C當(dāng)量=0.4%0.6%時(shí)，鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，可焊性較差。焊前工件需要適當(dāng)預(yù)熱，焊后應(yīng)注意緩冷，要采取一定的焊接工藝措施才能防止裂縫。 C當(dāng)量0.6%時(shí)，鋼材塑性較低，淬硬傾向很強(qiáng)，可焊性不好。焊前工件必須預(yù)熱到較高溫度，焊接時(shí)要采取減少焊接應(yīng)力和防止開裂的工藝措施，焊后要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚拍鼙ＷC焊接接頭質(zhì)量。3.3.1 金屬材料的焊接

3、性第4頁，共22頁。3.3.2 碳鋼的焊接 低碳鋼含碳量不大于0.25%，塑性好，一般沒有淬硬傾向，對焊接熱過程不敏感，可焊性良好。焊這類鋼時(shí)，不需要采取特殊的工藝措施，通常在焊后也不需要進(jìn)行熱處理（電渣焊除外）。3.3.2.2 中、高碳鋼的焊接 中碳鋼含碳量在0.25%0.6%之間，隨含碳量的增加，淬硬傾向愈發(fā)明顯，可焊性逐漸變差。在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，主要是焊接各種中碳鋼的鑄鋼件與鍛件。3.3.2.1 低碳鋼的焊接第5頁，共22頁。熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和冷裂紋 中碳鋼屬于易淬火鋼，熱影響區(qū)被加熱超過淬火溫度的區(qū)段時(shí)，受工件低溫部分的迅速冷卻作用，將出現(xiàn)馬氏體等淬硬組織。如焊件剛性較大或工藝不恰

4、當(dāng)時(shí)，就會在淬火區(qū)產(chǎn)生冷裂紋，即焊接接頭焊后冷卻到相變溫度以下或冷卻到常溫后產(chǎn)生裂紋。焊縫金屬熱裂紋傾向較大 焊接中碳鋼時(shí)，因母材含碳量與硫、磷雜質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于焊條鋼芯，母材熔化后進(jìn)入熔池，使焊縫金屬含碳量增加塑性下降。因此，焊接中碳鋼構(gòu)件，焊前必須進(jìn)行預(yù)熱，使焊接時(shí)工件各部分的溫差減小，以減小焊接應(yīng)力，同時(shí)減慢熱影響區(qū)的冷卻速度，避免產(chǎn)生淬硬組織。中碳鋼的焊接特點(diǎn)：3.3.2 碳鋼的焊接第6頁，共22頁。3.3.3 合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接低合金鋼的焊接特點(diǎn)：熱影響區(qū)的淬硬傾向 低合金鋼焊接時(shí)，熱影響區(qū)可能產(chǎn)生淬硬組織，淬硬程度與鋼材的化學(xué)成分和強(qiáng)度級別有關(guān)。鋼中含碳及合金元素越多，鋼材強(qiáng)度級別越高，焊

5、后熱影響區(qū)的淬硬傾向也越大。強(qiáng)度級別大于450MPa級的低合金鋼，淬硬傾向增加，熱影響區(qū)容易產(chǎn)生馬氏體組織，形成淬火區(qū)，硬度明顯增加，塑性、韌性則下降。第7頁，共22頁。焊接接頭的裂縫傾向 不同環(huán)境溫度的預(yù)熱要求： 工件厚度/mm：16以下，不低于-10不預(yù)熱, -10以下預(yù)熱100150 工件厚度/mm：16-24，不低于-5不預(yù)熱 ,-5以下預(yù)熱100150 工件厚度/mm：24-40，不低于0不預(yù)熱, 0以下預(yù)熱100150 工件厚度/mm：40以上，均應(yīng)預(yù)熱1001503.3.3 合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接低合金鋼的焊接特點(diǎn)：第8頁，共22頁。3.3.4 鑄鐵的補(bǔ)焊1.鑄鐵的焊接特點(diǎn)：熔合區(qū)易產(chǎn)

6、生白口組織；易產(chǎn)生裂縫；易產(chǎn)生氣孔 熱焊法是焊前將工件整體或局部預(yù)熱到600700，焊后緩慢冷卻。3.3.4.1 鑄鐵的補(bǔ)焊方法2.鑄鐵的焊接方法： 熱焊法可防止工件產(chǎn)生白口組織和裂縫，焊后可以進(jìn)行機(jī)械加工。但熱焊法成本較高，生產(chǎn)率低，焊工勞動條件差。一般用于焊補(bǔ)形狀復(fù)雜焊后需要加工的重要鑄件，如床頭箱、汽缸體等。第9頁，共22頁。 焊補(bǔ)之前，工件不預(yù)熱或只進(jìn)行400以下低溫預(yù)熱的焊補(bǔ)方法通常稱為冷焊法。 主要依靠焊條來調(diào)整焊縫化學(xué)成分以防止或減少白口組織和避免裂縫。冷焊法方便靈活生產(chǎn)率高、成本低、勞動條件好。但焊接處切削加工性能較差。生產(chǎn)中多用于焊補(bǔ)要求不高的鑄件以及怕高溫預(yù)熱引起變形的工件

7、。 焊接時(shí)，應(yīng)盡量采用小電流、短弧、窄焊縫、短焊道（每段不大于50mm）并在焊后及時(shí)輕輕錘擊焊縫以松弛應(yīng)力，防止焊后開裂。 3.3.4 鑄鐵的補(bǔ)焊3.3.4.1 鑄鐵的補(bǔ)焊方法第10頁，共22頁。3.3.4.2 鑄鐵補(bǔ)焊時(shí)產(chǎn)生白口的原因及預(yù)防措施 防止白口的措施有以下幾種：（1）減緩冷卻速度 延長熔合區(qū)處于紅熱狀態(tài)時(shí)間，使石墨化充分進(jìn)行。具體措施是焊前對焊件進(jìn)行預(yù)熱和焊后保溫緩冷。（2）增加有利于石墨化元素的含量 鑄鐵中常存的C、Si、Mn、S、P元素中，C和Si是強(qiáng)烈的石墨化元素，只有當(dāng)（C+Si）含量達(dá)到一定值時(shí)，在適當(dāng)冷卻速度配合下，才能使焊縫獲得灰鑄鐵組織。因此，選擇含硅、碳較高的材料

8、是防止產(chǎn)生白口的常見方法之一。（3）采用異質(zhì)材料焊接 采用鎳基、銅基、鋼基焊縫的焊接材料，使焊縫不是鑄鐵組織，因而從根本上避免了白口組織的產(chǎn)生。3.3.4 鑄鐵的補(bǔ)焊第11頁，共22頁。3.3.5.1 鋁及鋁合金的焊接 工業(yè)上用于焊接的主要是純鋁（熔點(diǎn)658）、鋁錳合金、鋁鎂合金及鑄鋁。鋁及鋁合金的焊接也比較困難，其焊接特點(diǎn)是：鋁與氧的親和力很大，極易氧化生成氧化鋁（Al2O3）。氧化鋁組織致密，熔點(diǎn)高達(dá)2050，它覆蓋在金屬表面，能阻礙金屬熔合。此外，氧化鋁密度大，易使焊縫夾渣。3.3.5 有色金屬的焊接鋁的導(dǎo)熱系數(shù)較大，要求使用大功率或能量集中的熱源，厚度較大時(shí)應(yīng)考慮預(yù)熱。鋁的膨脹系數(shù)也較

9、大，易產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，并可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。第12頁，共22頁。液態(tài)鋁能吸收大量的氫，鋁在固態(tài)時(shí)又幾乎不溶解氫，因此在溶池凝固時(shí)易生成氣孔。鋁在高溫時(shí)強(qiáng)度及塑性很低，焊接時(shí)常由于不能支持熔池金屬而引起焊縫塌陷，因此常需采用墊板。 目前焊接鋁及鋁合金的常用方法有氬弧焊、氣焊、點(diǎn)焊、縫焊和釬焊。 不論采用哪種焊接方法焊接鋁及鋁合金，焊前必須徹底清理焊件的焊接部位和焊絲表面的氧化膜與油污，清理質(zhì)量的好壞將直接影響焊縫性能。3.3.5.1 鋁及鋁合金的焊接3.3.5 有色金屬的焊接第13頁，共22頁。3.3.5.2 銅及銅合金的焊接 銅及銅合金的焊接比低碳鋼困難得多，其原因是：銅的導(dǎo)熱性很高（紫銅

10、約為低碳鋼的8倍），焊接時(shí)熱量極易散失。因此，焊前工件要預(yù)熱，焊接時(shí)要選用較大電流或火焰，否則容易造成焊不透缺陷。銅在液態(tài)易氧化，生成的Cu2O與銅組成低熔點(diǎn)共晶，分布在晶界形成薄弱環(huán)節(jié)；又因銅的膨脹系數(shù)大，凝固時(shí)收縮率也大，容易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。因此，焊接過程中極易引起開裂。3.3.5 有色金屬的焊接第14頁，共22頁。銅在液態(tài)時(shí)吸氣性強(qiáng)，特別容易吸氫。凝固時(shí)氣體從熔液中析出，來不及逸出就會生成氣孔。銅的電阻極小，不適于電阻焊接。銅合金中的合金元素有的比銅更易氧化，使焊接的困難增大。例如黃銅（銅鋅合金）中的鋅沸點(diǎn)很低，極易燒蝕蒸發(fā)并生成氧化鋅（ZnO）。改變接頭化學(xué)成分、降低接頭性能，而且

11、形成氧化鋅煙霧易引起焊工中毒。鋁青銅中的鋁，焊接時(shí)易生成難熔的氧化鋁，增大熔渣粘度，生成氣孔和夾渣。 銅及銅合金可用氬弧焊、氣焊、碳弧焊、釬焊等方法進(jìn)行焊接。采用氬弧焊是保證紫銅和青銅焊接質(zhì)量的有效方法。3.3.5.2 銅及銅合金的焊接3.3.5 有色金屬的焊接第15頁，共22頁。 焊接接頭的不完整性稱焊接缺陷。主要有焊瘤、夾渣、裂紋、氣孔、咬邊和未焊透等。3.3.6 焊接缺陷與檢驗(yàn) 3.3.6.1 焊縫常見缺陷(a) 焊瘤 (b) 裂紋 (c) 夾渣 (d) 氣孔 (e) 咬邊 (f) 未焊透圖15-1 焊縫中常見的缺陷第16頁，共22頁。3.3.6.2 焊接檢驗(yàn)過程焊前檢驗(yàn)焊 前檢驗(yàn)的主要

12、內(nèi)容包括原材料檢驗(yàn)和焊接結(jié)構(gòu)鑒定。原材料檢驗(yàn)內(nèi)容為工件金屬質(zhì)量檢驗(yàn)，焊絲、焊條及其它焊接材料的質(zhì)量檢驗(yàn)。 生產(chǎn)過程檢驗(yàn)生產(chǎn)過程檢驗(yàn)是針對制造過程各工序的完成質(zhì)量進(jìn)行跟蹤檢查，內(nèi)容包括焊接工藝參數(shù)檢驗(yàn)（如焊接電流、焊接速度等）、結(jié)構(gòu)裝配檢驗(yàn)和焊縫尺寸檢驗(yàn)。焊后檢驗(yàn)焊后檢驗(yàn)是對焊接質(zhì)量的綜合評定，尤其是對有特殊性能要求的產(chǎn)品，焊后檢驗(yàn)成為決定其能否投入使用的關(guān)鍵。焊后檢驗(yàn)的內(nèi)容主要包括焊縫的外觀檢查、焊縫密封性檢驗(yàn)和焊縫內(nèi)部缺陷檢驗(yàn)。3.3.6 焊接缺陷與檢驗(yàn) 第17頁，共22頁。3.3.6.3 焊接接頭檢驗(yàn)方法1破壞檢驗(yàn) 破壞檢驗(yàn)是從焊件或試件上切取試樣，或以產(chǎn)品（或模擬體）的整體破壞做試驗(yàn)，以

13、檢查其各種力學(xué)性能的試驗(yàn)法。常用的破壞檢驗(yàn)方法包括焊縫金屬化學(xué)成分及金相組織檢驗(yàn)、焊縫及接頭力學(xué)性能試驗(yàn)等。2非破壞檢驗(yàn) 非破壞檢驗(yàn)是利用不同的物理方法，在不破壞焊接結(jié)構(gòu)和焊接接頭狀態(tài)的條件下，直接檢查和評定焊接質(zhì)量。常用的非破壞檢驗(yàn)方法包括外觀檢查、密封性檢驗(yàn)和物理探傷。3.3.6 焊接缺陷與檢驗(yàn) 第18頁，共22頁。3.3.6.4 常用非破壞檢驗(yàn)方法1外觀檢查著色探傷熒光探傷 磁粉探傷3.3.6 焊接缺陷與檢驗(yàn) 第19頁，共22頁。2密封性檢驗(yàn)煤油試驗(yàn)氣密性檢驗(yàn)水壓試驗(yàn)3.3.6 焊接缺陷與檢驗(yàn) 3.3.6.4 常用非破壞檢驗(yàn)方法第20頁，共22頁。3無損探傷聲發(fā)射探傷超聲波探傷激光全息探傷超聲波的頻率在20000Hz以上，具有能透入金屬